Onderzoek Hannes Svardal

Abstract

Biologische invasies bedreigen onze ecosystemen, maar kunnen ook antwoorden bieden op centrale vragen in de biologie, omdat zij een cruciaal proces weerspiegelen voor de evolutie van de biodiversiteit - de kolonisatie van habitats met nieuwe selectiedruk. Onder deze omstandigheden kan evolutie buitengewoon snel verlopen, mits voldoende genetische variatie om op in te werken. Een proces waarvan toenemend wordt vastgesteld dat het functionele genetische variatie genereert en bijdraagt tot snelle aanpassing in zowel invasieve als natuurlijke soorten, is hybridisatie. In dit project ontwikkelen we een nieuwe genomische methodiek voor het bestuderen van snelle evolutie tijdens de invasie van mens-gemaakte hybride flowerhorn cichliden in biodiverse Sulawesische meren. Ons recente veldwerk bevestigde dat de flowerhorns zich snel hebben uitgebreid in deze oude meren en een sterk negatief effect hebben op de populatiedichtheid van een endemische adaptieve radiatie van vissen van hybride oorsprong. Profiterend van een buitengewone collectie van voor- en vroeg-invasie stalen van indringers en endemen, zullen we innovatieve populatiegenetische en machine learning benaderingen toepassen op beide systemen om (1) na te gaan of hybride afstamming een doelwit vormt voor selectie en hoe deze bijdraagt tot ecologisch relevante eigenschappen, en (2) recente veranderingen in het fragiele evenwicht tussen diversificerende selectie en hybridisatie van vroege endemische soorten bloot te leggen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Svardal Hannes

Onderzoeksgroep(en)

• Evolutionaire ecologie (EVECO)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Hoewel vaak genetisch verarmd door het stichtereffect, inteelt, genetische drift en opeenvolgende bottlenecks, bereiken eilandpopulaties vaak hoge dichtheden en weten ze zich aan te passen aan de lokale omgeving. Dit is paradoxaal omdat een lage allelische diversiteit kan leiden tot inteeltdepressie (vermindering van fitness door schadelijke recessieve allelen), en, op een langere tijdschaal, tot een verminderd genetisch aanpassingsvermogen van populaties. Hoe en waarom kunnen genetisch verarmde eilandpopulaties overleven en zich aanpassen aan hun omgeving? Een eerste mogelijkheid zou kunnen zijn dat lage heterozygositeit zich niet vertaalt in inteeltdepressie door verwijdering van schadelijke allelische varianten. Anderzijds kunnen de fitnessconsequenties van inteelt draaglijk zijn onder de milde selectieregimes die typisch zijn voor eilanden. Er is echter nog weinig bewijs dat deze mechanismen aan het werk zijn in natuurlijke populaties. In dit project zal ik de "eilandparadox" in insulaire en vastelandpopulaties van de ruïnehagedis, Podarcis siculus, bestuderen. Voor het eerst worden de relaties tussen populatiestructuur, genetische diversiteit, fysiologische performance, en selectiegradiënten integraal gebruikt om te ontrafelen hoe eilandbiota genetische verarming overleven.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Van Damme Raoul
• Co-promotor: Svardal Hannes
• Mandaathouder: Van Linden Lisa

Onderzoeksgroep(en)

• Functionele morfologie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Adaptieve radiaties zijn toonbeelden van evolutionaire processen, gekenmerkt door snelle diversificatie van één voorouderlijke lijn in een reeks van nauw verwante soorten. We begrijpen nog steeds niet hoe speciatie, een langzaam proces, in zulke snelle sprongen kan voorkomen. Recente genoombrede moleculaire studies suggereren dat snelle diversificatie kan worden aangewakkerd door hybridisatie. In dit project zal ik een integraal beeld verkrijgen van de effecten van hybridisatie op het ontstaan en behoud van diversiteit in een adaptieve radiatie. De regenboogvissen in het Matanomeer, Sulawesi, zijn een zeldzaam geval van adaptieve radiatie met aanwijzingen voor zowel historische als huidige hybridisatie met een voorouderlijke rivierlijn, uniek geschikt om het samenspel van hybridisatie en speciatie in situ te onderzoeken. Ik zal de eerste genoombrede karakterisering van deze radiatie uitvoeren. Met behulp van volledige genoombepaling en innovatieve statistische benaderingen zal ik evolutionaire relaties binnen de radiatie oplossen, de rol van historische en huidige hybridisatie tijdens de diversificatie aan de orde stellen, en verbanden tussen genetische uitwisseling en ecologische divergentie identificeren. Door de genomische context te bepalen voor alle soorten van de radiatie bevorder ik de regenboogvisradiatie als een nieuw modelsysteem in de evolutiebiologie en stimuleer ik de ontwikkeling van statistische benaderingen gunstig voor toekomstig evolutionair onderzoek.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Svardal Hannes
• Mandaathouder: De Keyzer Els

Onderzoeksgroep(en)

• Evolutionaire ecologie (EVECO)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In dit project stellen we lokale wetenschappers in staat om de unieke biodiversiteit van het Malili Lake System, Sulawesi, te beschermen door middel van samenwerking en training in innovatieve genomische methoden om de endemische biodiversiteit en de bedreigingen ervan te beoordelen. We bouwen partnerschappen op om de lokale biodiversiteit te beoordelen (identificatie van soorten, afbakening, verspreiding, overvloed) en inzicht te krijgen in de ecologische impact van invasieve vreemde soorten. Om ervoor te zorgen dat ons partnerinstituut mee is met nieuwe ontwikkelingen in genomica-onderzoek en sequencingtechnologie, rusten we hun labo uit voor genoomsequencing en zorgen we voor een grondige opleiding door middel van samenwerking, stages en workshops. Wij bouwen aan een partnerschap met meerdere belanghebbenden tussen de betrokken onderzoeksinstellingen, NGO's, lokale gemeenschappen en lokale beleidsmakers. De in dit project gecreëerde kennis wordt beschikbaar gesteld aan lokale gemeenschappen door de ontwikkeling en verspreiding van educatief materiaal. Door de milieukennis te vergroten, vergroten we de persoonlijke en emotionele betrokkenheid van lokale actoren bij de natuur en het milieu, waardoor lokale actoren in staat worden gesteld veranderingen teweeg te brengen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Svardal Hannes

Onderzoeksgroep(en)

• Evolutionaire ecologie (EVECO)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De adaptieve radiatie van amfipoden in het Baikalmeer heeft meer dan 340 soorten voortgebracht (20% van de zoetwateramfipoden in de wereld), waardoor het een van de grootste soortengroepen is na de beroemde radiaties van Afrikaanse cichliden, en een van de enige grote radiaties in gematigde klimaten. Ondanks deze iconische status is de radiatie nog niet onderworpen aan gedetailleerd genomisch onderzoek. Tijdens mijn doctoraat was ik in staat om buitensporige hoeveelheden parallelle adaptatie aan te tonen tussen de transcriptomen van soorten van deze adaptieve radiatie. In dit project zal ik genomische benaderingen gebruiken om te testen of de vorige resultaten verklaard kunnen worden door hybridisatie en adaptieve introgressie. Deze processen zijn aangetoond in andere adaptieve radiaties, maar hun functionele rol in snelle diversificatie is nog steeds omstreden. Mijn voorlopige resultaten wijzen erop dat hybridisatie tussen twee onafhankelijke lijnen van Baikalische amfipoden ontstond in de periode dat de snelle soortvorming begon. Bovendien vond ik intrigerende signalen van positieve selectie op geïntroduceerde loci. Aanvullende gegevens en een in dit project ontwikkelde specifieke methodologie zullen mij in staat stellen de processen die de speciatie in deze groep bepalen te ontrafelen. Profiterend van de sterke relevante ervaring van het gastlaboratorium zal ik de beschikbare transcriptomische datasets opnieuw analyseren samen met nieuw gesequencede genomen. Ik zal nauwkeurige richtingen van hybridisatie in de fylogenetische boom in kaart brengen, functionele associaties van geïntrogresseerde loci beschrijven, selectiesignaturen geassocieerd met introgressie testen, en inschatten in welke mate herhaalbare ecomorfologische kenmerken ondersteund worden door "herbruikbare" elementen van voorouderlijke genomen. Dit onderzoek heeft een baanbrekend potentieel omdat het een directe test biedt van een mogelijke katalyserende rol van hybridisatie bij snelle soortvorming in dit systeem.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Svardal Hannes
• Mandaathouder: Burskaia Valentina

Onderzoeksgroep(en)

• Evolutionaire ecologie (EVECO)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Bio-analytische high-throughput instrumenten genereren een immense stroom data. Deze vertalen naar inzicht in de processen van leven en ziekte, hangt steeds meer af van bioinformatica technieken. Sinds 2012 brengt BIOMINA (biomedical informatics network Antwerpen) bioinformatica expertise, verspreid over life science en computer science labs van onze universiteit, bij elkaar in een informeel netwerk. Met dit voorstel willen we dit netwerk, met expertise en veelgebruikte infrastructuur, transformeren in een BIOMINA kernfaciliteit die een professionele bioinformatica service kan leveren. De missie hiervan is om 1) een duurzaam model voor support, training, en samenwerking uit te rollen; 2) bioinformatica capaciteit te verhogen om groeiende noden te beantwoorden; en 3) een sterke bioinformatica community te bouwen. Het wordt gedragen door complementaire PIs, die bestaande bioinformatica sterktes willen vertalen om biomedische, klinische, biologische en bio-ingenieur laboratoria binnen de Universiteit, maar ook externe klanten in ziekenhuizen en de industrie, te ondersteunen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Laukens Kris
• Co-promotor: Mateiu Ligia Monica
• Co-promotor: Svardal Hannes
• Co-promotor: Van Camp Guy
• Co-promotor: Van Laere Steven

Onderzoeksgroep(en)

• ADReM Data Lab (ADReM)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De expressie van osteodermen (benige elementen ingebed in de huid van vertebraten) kan verschillende functies dienen, waaronder bescherming tegen fysieke schade door predatoren en seksuele rivalen, en het helpen regelen van de warmte- en waterhuishouding. Gordelstaarthagedissen, een subfamilie endemisch voor Zuid Afrika, vertonen opvallende verschillen in dit adaptieve kenmerk. Bij één soort van deze groep, Hemicordylus capensis, treedt zelfs intrecifieke variatie op. Er is evenwel weinig geweten over de evolutionaire basis van deze variatie. Dit project zal de genomische basis van variatie in osteoderm expressie in deze soort blootleggen, en dit via een integratieve benadering die genomische en transcriptomische methoden combineert met fenotypische gegevens. Hiervoor zal genetische materiaal verzameld worden op het terrein, zodat ik een referentie genoom kan opstellen voor deze soort, en genomische data kan produceren voor populaties die verschillen in omgeving. Ik zal deze gegevens combineren met fenotypische data en zo het verband leggen tussen genomische differentiatie en fenotypische variatie. Daarnaast zal ik transcriptomische gegevens verzamelen en analyseren en aldus toetsen voor associaties tussen differentiële genexpressie en variatie in osteoderm expressie. Uiteindelijk zal dit project een licht werpen op de evolutionaire basis van een ecologisch belangrijk functioneel kenmerk.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Svardal Hannes
• Co-promotor: Laukens Kris
• Co-promotor: Van Damme Raoul
• Mandaathouder: Leitão Henrique

Onderzoeksgroep(en)

• Evolutionaire ecologie (EVECO)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Osteodermen zijn beenachtige elementen die tot expressie gebracht worden bij enkele uiteen liggende groepen Tetrapoda (bij krokodillen, schildpadden, gordeldieren, enkele soorten hagedissen en kikkers), maar ontbreken bij andere taxa. Bij de mens duiken osteodermen op als complicatie bij verwondingen, en bij enkele zeldzame overerfbare aandoeningen. Osteodermen zijn interessant omdat ze ecologisch relevant zijn (functioneren als bepantsering, in de temperatuur- en waterhuishouding, als opslagplaats voor mineralen) en tegelijkertijd een nagenoeg discontinue verdeling kennen (ze worden tot expressie gebracht, of niet). Dit tweede element faciliteert in belangrijke mate het zoeken naar de genomische achtergrond van het kenmerk. In één soort hagedis, Hemicordylus capensis, treedt intraspecifieke variatie op in osteoderm-expressie: het kenmerk is er blijkbaar herhaaldelijk geëvolueerd en komt dus voor in sommige populaties, maar ontbreekt in andere. De soort vormt dus een unieke gelegenheid om te achterhalen hoe, waarom en wanneer dit merkwaardige kenmerk opduikt. In dit project beogen we hiervan een grondig, geïntegreerd beeld te krijgen, door het toepassen van state-of-the-art genomische, functioneel-morfologische en ecologische methoden. We zullen ook nagaan of we de implicaties van onze bevindingen kunnen extrapoleren naar andere taxa met (occasionele) osteodermen, inclusief de mens. Het project zal toelaten een zeldzaam volledig beeld te schetsen van de evolutie van een ecologisch relevant fenotypisch kenmerk met een merkwaardig discontinue variatie en een ongebruikelijk- disparate taxonomische verspreiding.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Van Damme Raoul
• Co-promotor: Laukens Kris
• Co-promotor: Matthysen Erik
• Co-promotor: Svardal Hannes

Onderzoeksgroep(en)

• Functionele morfologie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Inzicht in hoe de biodiversiteit evolueert is een bepalende vraag in de evolutiebiologie en een belangrijk instrument voor natuurbehoud en -herstel in deze tijden van klimaatverandering. Recent werk, waaronder het onze, suggereert dat nieuwe combinaties van oude genetische varianten een drijvende kracht zijn in een snelle adaptieve diversificatie. Theoretische biologie voorspelt dat inversies - chromosomale herschikkingen waarbij een segment van een chromosoom van begin tot eind wordt omgekeerd - een beslissende rol spelen in dit proces, bijvoorbeeld door aangepaste allelen aan elkaar te koppelen. Er zijn sterke aanwijzingen voor de rol van inversies in de adaptatie van natuurlijke soorten, maar het ontbreekt ons aan een kwantitatieve inschatting van de rol van inversies in de diversificatie van een grote groep verwante soorten. We zullen deze leemte opvullen door het voorkomen, de evolutie en de rol van inversies binnen de Lake Malawi cichliden, die een buitengewone waaier aan adaptaties vertonen, te karakteriseren. Hiervoor zullen we innovatieve moleculaire en computationele benaderingen combineren met een unieke set van hybriden tussen soorten die tot twee miljoen jaar geleden divergeerden.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Svardal Hannes

Onderzoeksgroep(en)

• Evolutionaire ecologie (EVECO)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het gebied van de noordelijke Oost-Afrikaanse riftmeren - Kivu, Edward en Albert (KEA) - is een van de meest interessante regio's op gebied van biogeografie. De regio ligt op de kruising van drie grote ichthyo-geografische provincies ('Nilo-Sudan', 'East Coast' en 'Congo') en kende een turbulente tektonische geschiedenis. Ze fungeerde waarschijnlijk als een soortenreservoir tijdens recente klimaatveranderingen, zoals de grote droogte zo'n 15.000 jaar geleden, die resulteerde in een (bijna) volledige uitdroging van het Victoriameer. Recent hebben we de taxonomie van verschillende cichliden- en niet-cichlidengroepen bestudeerd en enkele checklists opgesteld voor delen van de KEA-regio en aangrenzende gebieden in het Congobekken. Het is duidelijk geworden dat de gekende biogeografische puzzel moet worden herzien. Aangezien een sterke taxonomische basis cruciaal is om biogeografische patronen te onderzoeken, willen we enkele sleutelgroepen (cichliden en niet-cichliden) herzien op basis van een gecombineerde morfologische en genetische benadering. We stellen voor om de klassieke morfometrische taxonomie te combineren met moderne genomische methoden om zo tot een optimale karakterisatie van deze weinig bestudeerde regionale visfauna te komen. Dit werk zal belangrijke inzichten verschaffen in de bio-geografische geschiedenis van de regio, zijn rol als toevluchtsoord voor soorten evalueren, en zijn eerder voorgestelde rol testen als de oorsprong van de ongeveer 600 soorten van de haplochomine cichlidenzwerm van het Victoriameer (Verheyen et al., 2003 ). Onze onderzoekshypothese is dat een 'out-of- Kivu' oorsprong voor cichliden en niet-cichliden, en de rol van toevluchtsoord van de KEA-meren in grote mate de ichthyo-diversiteit van de regio heeft gevormd. Hoewel goed bestudeerd in gematigde streken, wordt de rol van toevluchtsoorden in tropische zoetwatervissen grotendeels over het hoofd gezien, wat deze studie uitdagend en innovatief maakt. (1) We zullen een regio-brede COI-scan uitvoeren van alle visgroepen in de streek, behalve van de haplochromine cichliden (zie hieronder). Deze benadering zal waar nodig aangevuld worden met nucleaire merkers. We zullen dan de gevonden taxonomische problemen oplossen om de noodzakelijke solide basis te creëren om evolutionaire en biogeografische scenario's te formuleren. Eén geslacht is al aangeduid voor een morfometrische revisie: de kleine cypriniden van het geslacht Enteromius. (2) Vanwege de niet-informatieve aard van de resultaten van standaard sequentietechnieken, zoals 'COI-barcoding', in haplochrominen, zullen we ons concentreren op volledige genoomsequentiebepaling voor deze groep. We zullen ons vooral concentreren op het Albertmeer en rivierhabitats, omdat de fauna van Lake Edward al deel uitmaakt van een lopend FWO-doctoraatsprogramma (Nathan Vranken). We zullen stalen aan dit project toevoegen om het studieterrein uit te breiden van het Edwardmeer naar de KEA-regio. Hiervoor moeten de stalen correct worden geïdentificeerd. Het belangrijkste obstakel hier is het gebrek aan kennis van de haplochrominen van het Albertmeer. Daarom is een morfometrische revisie van deze groep gepland. (3) We zullen volledige genoomsequentiebepalingen doen voor geselecteerde niet-haplochrominen om de evolutionaire en ichthyo-geografische scenario's in detail te vervolledigen. Deze omvatten het soortenrijke cypriniden-geslacht Enteromius, de wijdverspreide cichlide, Oreochromis niloticus en de meervalensoorten Clarias liocephalus en Clarias gariepinus. Voor deze laatste suggereerde een recente publicatie de mogelijke rol van de Grote Meren, en in het bijzonder het Kivumeer, als het centrum van diversificatie van waaruit de soort zich over Afrika verspreidde. Als dit ook zou gelden voor Oreochromis niloticus, zou het Kivumeer de bakermat zijn van twee van de belangrijkste tropische vissoorten in aquacultuur.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Svardal Hannes

Onderzoeksgroep(en)

• Evolutionaire ecologie (EVECO)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Momenteel ontbreekt een gedetailleerd inzicht in hoe organismen zich snel aan milieu veranderingen aanpassen. Dit inzicht is essentieel voor zowel het begrijpen van de impact van de mens op de natuur, als van de genetisch basis van adaptieve eigenschappen en fundamentele evolutionaire processen. Evolutionaire reacties op de visserij zijn veelbesproken maar bewijs hiervoor is schaars. Daarom zal ik genetische en fenotypische veranderingen in Malawi cichliden na ~40 jaar van intensieve visserij onderzoeken. Hierbij zal ik focussen op veranderingen in belangrijke levensgeschiedenis gerelateerde eigenschappen. DNA sequentiebepaling van museum stalen verzameld voor en tijdens het bevissen zal een nieuw inzicht geven in de genen onder selectie. Door de beschikbaarheid van genoomdata van cichiliden is het mogelijk om de geschiedenis van deze genen te onderzoeken. Door het gemak waarmee cichliden in het labo gekweekt kunnen worden kan ik genetische en omgevingsverschillen in eigenschappen die betrokken zijn bij door de visserij geïnduceerde evolutie experimenteel kwantificeren. Daarnaast zal ik de meest recente ontwikkelingen in DNA en RNA sequentiebepaling gebruiken om de genoom handtekening en de moleculaire pathways gerelateerd aan snelle aanpassingen op de levensgeschiedenis te bepalen. Uiteindelijk zal dit onderzoek het fundamenteel begrip van hoe het genoom zich snel kan aanpassen aan de visserij, en de relatie tussen selectieve druk, fenotypen en genotypen, sterk bevorderen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Svardal Hannes
• Co-promotor: De Boeck Gudrun
• Mandaathouder: Hooft van Huysduynen Alexander

Onderzoeksgroep(en)

• Evolutionaire ecologie (EVECO)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De evolutionaire oorsprong van diersoorten achterhalen kan een hele opgave zijn, vooral wanneer deze onderling kruisen en daarmee het genetisch patroon van hun evolutie verdoezelen. Technieken in het verwerven van genetische informatie zijn dermate verbeterd dat volledige genomen routineus ontcijferd kunnen worden. Eén van de nieuwe vragen is hoe we deze enorme hoeveelheid data optimaal kunnen benutten. Dit onderzoeksproject combineert beide uitdagingen, door analyse van de volledige genomen van een geslacht onderling kruisende katachtigen uit Latijns-Amerika. Het doel is om het gebruik van genomische data te optimaliseren, om zo de evolutionaire historie in een context van soortkruising en andere factoren op te helderen. Verschillende internationale partners zijn betrokken, en ik zal een nauwe samenwerking opstarten tussen UAntwerpen en PUCRS, een Braziliaanse universiteit met expertise in roofdieren. De nodige data zijn reeds deels beschikbaar in PUCRS, waar ik bijdroeg aan de voorlopige resultaten die vormgeven aan de drie streefdoelen van dit project: (1) het gebruik van volledige genomen, inclusief van museumexemplaren, om de evolutionaire verwantschappen bloot te leggen tussen de verschillende soorten pardelkatten, en (2) het aanvullen van deze resultaten met nieuwe methoden gebaseerd op alternatieve genomische verdelingen om een maximum aan informatie uit de data te halen ('multi-marker approach').

Onderzoeker(s)

• Promotor: Svardal Hannes
• Mandaathouder: Lescroart Jonas

Onderzoeksgroep(en)

• Evolutionaire ecologie (EVECO)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Momenteel ontbreekt het ons aan gedetailleerd inzicht in hoe organismen zich snel aanpassen aan veranderingen in het milieu. Dit inzicht is echter essentieel bij het voorspellen van de impact van mens op natuur. Het kan de genetische basis van adaptieve eigenschappen onthullen en inzicht geven in fundamentele evolutionaire processen. De meest directe vorm van menselijke impact op populaties is die van de jacht of visserij. Evolutionaire reacties op de visserij zijn veelbesproken, maar bewijs is schaars. Hiervoor zullen we genetische en fenotypische veranderingen in Malawi cichliden onderzoeken na ~40 jaar van intensieve visserij. We hebben recentelijk genoomsequentiegegevens geproduceerd van 510 individuen van zwak en intensief beviste populaties van nu en van 18 jaar geleden die in dit project zullen worden geanalyseerd. Door dit te combineren met innovatieve genoomsequencing van museumspecimens die voor en tijdens de visserij zijn verzameld, zal een ongekend inzicht worden verkregen in de genen die onder selectie staan. Bovendien zullen we het gemak en de relatieve snelheid van het kweken van cichliden in het labo benutten om de genetische en milieuverschillen in de kenmerken van de levensgeschiedenis die betrokken zijn bij de evolutie van de visserij experimenteel te kwantificeren. De integratie van fenotypische metingen met de genomische differentiatiemetingen in een kwantitatief genetisch kader zal ons toelaten om rechtstreeks te testen of selectie heeft gewerkt op levensgeschiedeniskenmerken. Ten slotte zullen we de genexpressieniveaus karakteriseren door middel van transcriptoomsequencing van weefsels die belangrijk zijn voor de groei en rijping in zwak en intensief beviste populaties in verschillende levensstadia. Dit zal inzicht geven in de adaptatie op een belangrijke tussenlaag tussen genotypen en fenotypen. Samengevat zal de combinatie van genoomsequencing van recente en historische natuurlijke populaties met gecontroleerde kweekexperimenten en transcriptoomsequencing ons inzicht in het verband tussen selectieve druk, fenotypen en genotypen sterk bevorderen en heeft het potentieel om aan het licht te brengen hoe genomen snel kunnen worden aangepast aan de visserij.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Svardal Hannes
• Mandaathouder: Sawasawa Wilson

Onderzoeksgroep(en)

• Evolutionaire ecologie (EVECO)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Volgens recent onderzoek is hybridisatie en genetische uitwisseling bij nauw verwante soorten wijdverspreider dan tot nu aangenomen. De effecten hiervan op de vorming en instandhouding van soorten dienen herbekeken te worden. Het Malawimeer met meer dan 800 nauw verwante soorten cichliden (bontbaarzen), ontstaan door adaptieve radiatie, vormt een intrigerend model voor de studie van de frequentie en de evolutionaire rol van genetisch uitwisseling tussen soorten. Malinsky et al. (2018) vonden reeds sterke aanwijzingen voor een belangrijke uitwisseling van genetische materiaal in de vroegste fases van de radiatie en suggereerden een link hiervan met adaptatie. De rol van dit fenomeen bleef, door beperkte bemonstering en beperkingen in statistische methodes, onderbestudeerd. In dit voorstel zal ik een genomisch kader ontwikkelen om verwantschappen tussen soorten, en genetische uitwisseling, samen te onderzoeken. Ik zal dit toepassen op een unieke gegevensbank van meer dan 2000 genomen van 276 cichlidensoorten uit het Malawimeer en zo unieke inzichten te bekomen in de abundantie van genetische uitwisseling tussen populaties, soorten en genera. Bijkomend zal ik een algoritme, ontwikkeld tijdens mijn Masters, verfijnen om de rol van natuurlijke selectie hierin te onderzoeken. Dit project zal wijd-toepasbare genomische methoden voortbrengen en fundamentele inzichten verschaffen in de rol van genetische uitwisseling in de vorming van één van de spectaculairste vertebratenradiaties.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Svardal Hannes
• Mandaathouder: Gresham Sophie

Onderzoeksgroep(en)

• Evolutionaire ecologie (EVECO)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Cryptobentische schildvissen van het geslacht Gouania zijn endemisch voor de Middellandse Zee. Het geslacht omvat momenteel vijf soorten die zich vooral op vlak van lichaamsvorm van elkaar onderscheiden, met slanke en stevige morfotypes die onafhankelijk van elkaar zijn geëvolueerd in de Adriatische Zee en het oostelijke Middellandse-Zeebekken. Dit maakt Gouania tot een ideaal model om parallelle evolutie gedreven door sterke natuurlijke selectie krachten te bestuderen op verschillende niveaus zoals genen, genomen, morfologie en ecologie. Mijn doctoraatsproject bouwt voort op veelbelovende en intrigerende bevindingen van mijn bachelor- en masterscripties. Als een belangrijke eerste stap heb ik de taxonomie van het genus Gouania vastgelegd, wat geleid heeft tot het eerste gepubliceerde hoofdstuk van mijn doctoraatsthesis, en de basis vormt voor verder diepgaand onderzoek van dit systeem. Het tweede hoofdstuk van mijn proefschrift onderzoekt de rol van uiteenlopende microhabitat keuzes bij sympatrische Adriatische soorten van Gouania en het derde belicht de fylogenetische context van de Gouania radiatie op basis van volledige genomische gegevens. Hoewel in deze voorgaande hoofdstukken cruciale ecologische en (macro)evolutionaire factoren zijn onderzocht die de diversiteit die bij Gouania is waargenomen verklaren, ontvouwt het begrijpen en vergelijken van het potentieel tot soortvorming van organismen zich het best op het niveau van de afzonderlijke populaties binnen een soort. Dit brengt mij bij de gast-groep in Antwerpen (Prof. Svardal) die zeer gespecialiseerd is in populatie-genomische analyses. Daarom wil ik voor mijn laatste doctoraats hoofdstuk, dat het belangrijkste aandachtspunt zal zijn tijdens mijn door het BOF gefinancierde verblijf in Antwerpen, de drijvende krachten achter de lokale populatiestructuur van sympatrische Gouania soorten, G. pigra en G. orientalis, op het eiland Kreta en een eiland dat dichter bij het vasteland ligt, belichten. Kreta is in deze context interessant, omdat het grenst aan twee belangrijke mariene biogeografische regio's en ingebed is in complexe oceanografische circulatiesystemen die sterke seizoensgebonden schommelingen vertonen die de populatie connectiviteit van zeedieren kunnen beïnvloeden. Gouania hebben als volwassen dieren een redelijk sedentaire levenswijze en dispersie kan alleen plaatsvinden tijdens een korte pelagische larvale fase. Daarom zouden bij de onderzochte soorten soortgelijke patronen van sterke geografische populatiestructuur te verwachten zijn. Voorlopige COI barcoding gegevens suggereren echter uiteenlopende populatie-genetische patronen binnen de twee soorten, waarbij populaties van G. orientalis uit Kreta sterker geïsoleerd lijken te zijn dan populaties van G. pigra. Door het analyseren van volledige genoom populatiegegevens van verschillende sites, tracht ik micro-evolutionaire processen in deze twee soorten te onderzoeken, zoals populatiestructur, demografische geschiedenis en recente gebeurtenissen van hybridisatie en introgressie (incl. hun mogelijke richting), om de redenen te achterhalen voor de contrasterende patronen van geografische structuur die waargenomen worden tussen de twee soorten. Mijn verblijf aan de Universiteit van Antwerpen zal van cruciaal belang zijn voor deze onderneming, omdat Prof. Svardal en zijn groep, die gelijkaardige vragen in andere systemen hebben bestudeerd, essentiële expertise zullen leveren. Daarnaast zal ik Lagrangiaanse simulaties uitvoeren om passieve migratiepatronen van larven te modelleren, wat zal helpen om de geografische structuur die in de dataset is waargenomen, te verklaren. Alles bij elkaar zullen de resultaten van dit project bijdragen tot het algemeen begrip van soortvorming en populatiedynamica van weinig verspreidende organismen in het mariene rijk, een groep die vaak verwaarloosd wordt bij het ontwerp en beheer van mariene (beschermde) gebieden.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Svardal Hannes
• Mandaathouder: Wagner Maximilian

Onderzoeksgroep(en)

• Evolutionaire ecologie (EVECO)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Hoewel vaak genetisch verarmd door founder effects, inteelt, genetische drift en opeenvolgende bottlenecks, bereiken eilandpopulaties vaak hoge dichtheden en weten ze zich aan te passen aan de lokale omgeving. Dit is paradoxaal omdat een lage allelische diversiteit kan leiden tot inteeltdepressie (vermindering van fitness door schadelijke recessieve allelen), en, op een langere tijdschaal, tot een verminderd genetisch aanpassingsvermogen van populaties. Hoe en waarom kunnen genetisch verarmde eilandpopulaties overleven en zich aanpassen aan hun omgeving? Een eerste mogelijkheid zou kunnen zijn dat lage heterozygositeit zich niet vertaalt in inteeltdepressie, dankzij gedragsaanpassingen gerelateerd aan partnerkeuze; of door purging van schadelijke allelische varianten. Anderzijds kunnen de fitnessconsequenties van inteelt draaglijk zijn onder de milde selectieregimes die typisch zijn voor eilanden. Er is echter nog weinig bewijs dat deze mechanismen aan het werk zijn in natuurlijke populaties. In dit project zal ik de "eilandparadox" in insulaire en vastelandpopulaties van de ruïnehagedis, Podarcis siculus, bestuderen. Voor het eerst worden de relaties tussen heterozygositeit, fysiologische performance, gedrag, selectiegradiënten en genomische structuur integraal gebruikt om te ontrafelen hoe eilandbiota genetische verarming overleven.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Van Damme Raoul
• Co-promotor: Svardal Hannes
• Mandaathouder: Van Linden Lisa

Onderzoeksgroep(en)

• Functionele morfologie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Adaptieve radiaties zijn toonbeelden van evolutionaire processen, gekenmerkt door snelle diversificatie van één voorouderlijke lijn in een reeks van nauw verwante soorten. We begrijpen nog steeds niet hoe speciatie, een langzaam proces, in zulke snelle sprongen kan voorkomen. Recente genoombrede moleculaire studies suggereren dat snelle diversificatie kan worden aangewakkerd door hybridisatie. In dit project zal ik een integraal beeld verkrijgen van de effecten van hybridisatie op het ontstaan en behoud van diversiteit in een adaptieve radiatie. De regenboogvissen in het Matanomeer, Sulawesi, zijn een zeldzaam geval van adaptieve radiatie met aanwijzingen voor zowel historische als huidige hybridisatie met een voorouderlijke rivierlijn, uniek geschikt om het samenspel van hybridisatie en speciatie in situ te onderzoeken. Ik zal de eerste genoombrede karakterisering van deze radiatie uitvoeren. Met behulp van volledige genoombepaling en innovatieve statistische benaderingen zal ik evolutionaire relaties binnen de radiatie oplossen, de rol van historische en huidige hybridisatie tijdens de diversificatie aan de orde stellen, en verbanden tussen genetische uitwisseling en ecologische divergentie identificeren. Door de genomische context te bepalen voor alle soorten van de radiatie bevorder ik de regenboogvisradiatie als een nieuw modelsysteem in de evolutiebiologie en stimuleer ik de ontwikkeling van statistische benaderingen gunstig voor toekomstig evolutionair onderzoek.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Svardal Hannes
• Mandaathouder: De Keyzer Els

Onderzoeksgroep(en)

• Evolutionaire ecologie (EVECO)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het aangevraagde toestel is de Tecan SPARK®, a multimodale microplaat lezer. Dit toestel kan tot 384 well microtiter platen lezen in verschillende modi. Uitgerust met verschillende monochormators kan het de optische densiteit, verschillende fluorescentie modi en luminescentie meten. Het toestel is uitgerust met een incubator-schudder tussen 18°C en 42°C. In tegenstelling tot vele andere, op de markt aangeboden plaatlezers, is dit toestel in staat om de kwaliteit en kwantiteit van nucleïnezuren en eiwitten in zeer lage volumes van 2 microliter te meten en dit simultaan op 16 stalen. Het aangevraagde toestel is een modulair systeem dat toekomstige uitbreidingen toelaat met flash injectors, meerdere gestapelde platen met automatische deksel opheffing enz. Prof. L. Bervoets (promotor), prof. G. De Boeck en prof. H. Svardal (co-promotoren) werken in de SPHERE groep op de effecten van milieustressoren, zowel natuurlijke als antropogene, op de groei, prestaties en conditie van aquatische en terrestrische organismen en dit zowel in vivo als in vitro met de nadruk op de onderliggende mechanismen en ecologische relevantie. Prof. E. Prinsen (co-promotor) en de IMPRES groep bestuderen plant stress en energiemetabolisme, acclimatisatiemechanismen en de modellering van bladgroei en de rol van plantenhormonen hierin. Al deze teamleden hebben een toenemende nood aan in vitro assays om de enzymatische activiteit te meten evenals verschillende andere biomerkers zoals hormonen en celmetabolieten. De vergevorderde mogelijkheden van het SPARK® toestel biedt verschillende voordelen t.o.v. het huidige instrumentarium (> 10 jaar oud) van de onderzoeksgroepen, waaronder fluorescentie modules, luminescentie, scanning module, enz.). Bovendien is de koelcapaciteit van de incubator een unieke eigenschap. Deze koelfaciliteit is zeer belangrijk voor het onderzoek van de onderzoeksgroepen: SPHERE voert voornamelijk onderzoek uit in het aquatische milieu en IMPRES op planten in een gematigd klimaat dus is het noodzakelijk om de assays uit te kunnen voeren bij temperaturen die lager zijn dan kamertemperatuur.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bervoets Lieven
• Co-promotor: De Boeck Gudrun
• Co-promotor: Prinsen Els
• Co-promotor: Svardal Hannes

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Soorten die sterk op elkaar gelijken zijn niet altijd nauw verwant. Voorbeelden van dergelijke convergente evolutie zijn de flippers van penguins en dolfijnen, de vleugels van vleermuizen, vogels en insecten, en de sterk gelijkende ogen van mensen en inktvissen. Hoewel structuren er hetzelfde uitzien, kunnen de mechanismen van hoe ze ontwikkelden sterk verschillen. In het Edward-, Kivu-, Albert-, en Victoriameer komen samen 700 soorten cichliden voor. Deze baarsachtige vissen zijn enorm snel geëvolueerd. Een soort komt slechts in één van deze meren voor, maar vele soorten gelijken sterk op elkaar, zowel binnen een meer als tussen meren. Hoe sterk deze soorten verwant zijn is echter niet geweten. De snelle soortenvorming en de vele gelijkenissen maken deze cichliden tot een perfect systeem om te onderzoeken hoe verschillende vormen evolueren. Zijn gelijkaardige soorten nauw met elkaar verwant of zijn dezelfde aanpassingen onafhankelijk van elkaar ontwikkeld, en hoe komen deze aanpassingen tot stand? Om een antwoord te vinden, zullen wij morfologische en genomische gegevens verzamelen van 100 soorten uit de vier meren. We zullen gelijkenissen tussen soorten kwantificeren, hun verwantschappen ontrafelen, en de regio's in hun DNA identificeren die bijdragen aan gelijkenissen. Dit laat ons toe om te achterhalen hoe verwant deze recent geëvolueerde soorten zijn en hoe gelijkenissen tussen verschillende soorten cichliden uit de vier Oost-Afrikaanse meren tot stand zijn gekomen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Svardal Hannes
• Co-promotor: Van Steenberge Maarten

Onderzoeksgroep(en)

• Evolutionaire ecologie (EVECO)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De honderden nauw verwante, maar ecologisch zeer diverse cichlide vissoorten in het Malawimeer vormen een uitzonderlijk kans om de genetische mechanismen te bestuderen die gepaard gaan met snelle adaptatie en diversificatie. We hebben onlangs ontdekt dat cichliden uit het Malawimeer regio's in het genoom herbergen met een uitzonderlijk hoge genetische diversiteit. In dit project zal de student recente sequentiegegevens van het volledige genoom van honderden cichliden uit het Malawimeer analyseren om de evolutionaire oorsprong van deze genetische regio's met een hoge genetische diversiteit te identificeren. De student zal o.m. testen of deze genetische varianten in de voorouders van cichliden uit het Malawimeer ontstaan zijn door hybridisatie met een afwijkende afstammingslijn en of deze variatie is behouden door evenwichtige selectie. In een tweede stap zal de student methoden uit de populatie genetica gebruiken om de rol van deze genetische varianten in ecologische aanpassing en soortvorming van cichliden te achterhalen. Een specifieke toepassing hiervan is de recente aanpassing van populaties aan intensieve visvangst. Voorlopig bewijs suggereert dat genetische variatie in regio's met een hoge voorouderlijke diversiteit onder differentiële selectie valt tussen zwak en zwaar beviste populaties. De student gebruikt statistische technieken uit de genetica om de hypothesen te testen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Svardal Hannes
• Mandaathouder: Camacho Garcia Julia

Onderzoeksgroep(en)

• Evolutionaire ecologie (EVECO)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

We begrijpen momenteel nog niet goed hoe veranderingen in het milieu kunnen leiden tot snelle genetische aanpassingen. Deze kennis is echter essentieel bij het evalueren en voorspellen van de menselijke impact op natuurlijke ecosystemen, kan de genetische basis van adaptieve kenmerken blootleggen en inzicht geven in fundamentele evolutionaire processen. Om dit te onderzoeken zullen we de genetische factoren bepalen die bijdragen aan snelle genetische aanpassingen in vispopulaties van Lake Malawi die al ongeveer 40 jaar onder druk staan van zware visvangst. Het hele genoom van 96 vissen van de huidige matig en zwaar beviste populaties werd reeds bepaald. Analyse van deze gegevens suggereert over het algemeen een zeer nauwe verwantschap tussen populaties, maar ook de aanwezigheid van zones in het genoom met grote verschillen tussen matig en zwaar beviste populaties. Om dit verder te onderzoeken stellen we voor om het genoom te bepalen van museumexemplaren (een innovatieve techniek die ook wel 'museomics' wordt genoemd) uit dezelfde populaties, van voor het begin en van tijdens de periode van zware visvangst. Er zijn exemplaren beschikbaar via gevestigde samenwerkingen met het British Museum of Natural History, het Monkey Bay Fisheries Research Station in Malawi, en prof. Erik Verheyen (Universiteit van Antwerpen en Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen). Door de genetische samenstelling van historische populaties te vergelijken met de huidige genetische samenstelling (na 40 jaar zware visvangst) kunnen we kandidaat-genen identificeren die aanpassingen aan de druk door visvangst mogelijk maken. We hebben een pilotstudie uitgevoerd, welke suggereert dat de museumexemplaren die in dit onderzoek zijn gebruikt, voldoende DNA opleveren voor het bepalen van het genoom. Verder hebben we recente broedkolonies van dezelfde vispopulaties beschikbaar in de Universiteit van Antwerpen. Dit laat ons toe om in toekomstige projecten de fenotypische veranderingen op te volgen en te relateren aan de gemeten genetische adaptatie. Dit project levert belangrijke resultaten ter ondersteuning van een 'ERC-starting grant' aanvraag welke is gericht op het bepalen van relaties tussen genotypen, fenotypen en selectiedruk binnen de snelle evolutie die door de mens wordt veroorzaakt.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Svardal Hannes

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Deze financiering zal worden gebruikt voor het initiëren van onderzoeksprojecten zoals voorgesteld in mijn tenure track applicatie ZAPBOF en is bedoeld om de tijd tussen projectstart en acquisitie van externe onderzoeksfinanciering te overbruggen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Svardal Hannes
• Mandaathouder: Svardal Hannes

Onderzoeksgroep(en)

• Evolutionaire ecologie (EVECO)

Project type(s)

• Onderzoeksproject